
鎂碳磚是上世紀70年代興起的耐火材料,以電熔鎂砂或燒結鎂砂、鱗片狀石墨為主要原料,再加入有機結合劑、抗氧化劑制成。鎂碳磚具有優異的抗侵蝕性、熱震穩定性和熱傳導性,它的出現徹底改變了以往堿性耐火材料耐剝落性能差、容易吸收爐渣等的固有缺點,且制作工藝簡單,被廣泛用作電爐、轉爐及精煉爐等的內襯材料,還可以充分利用廢棄原料生產再生鎂碳磚,在節約資源的同時又保護生態環境。
傳統的鎂碳磚碳含量在10-20%。但傳統鎂碳磚高的碳含量容易往鋼水中增碳而污染鋼水,不利于純凈鋼和超低碳鋼等的冶煉,而且高熱導率也導致熱損耗增加,難以滿足二次精煉工藝要求,同時也消耗大量鱗片石墨資源。為了適應純凈鋼和超低碳鋼冶煉及環保要求,市場上出現了總碳含量不超過8%低碳鎂碳磚。然而,隨著磚中碳含量的降低,特別是當碳含量低于6%時,產品的抗熱震性、抗渣滲透性明顯下降,導致低碳鎂碳磚耐剝落性降低。
為提高低碳鎂碳磚的抗剝落性,武科大以及相關企業做了大量的研究,主要有以下幾個方面:
一、引入不同碳源。有廠家將超細石墨替換鱗片石墨,加入后抑制磚的過燒,降低磚的彈性模量,提高低碳MgO-C磚的抗剝落性能。其他碳源還有膨脹石墨、納米炭黑、石墨烯等,這些碳源的引入可達到普通含碳耐火材料中4-10%石墨的效果,不過石墨烯的引入武科大尚在試驗中。
二、鎂砂進行表面處理,使磚坯在熱處理過程中形成較多連續分布的微小氣孔,從而使鎂碳磚的熱導率下降,抗熱震性提高。
三、用不含酚醛的有機結合劑。傳統酚醛樹脂的炭化組織是玻璃態結構,使得材料的抗剝落性較差。
日本九州耐火材料公司采用納米炭黑并加少量碳化硼研制出了碳質量分數為3%的低碳鎂碳磚,其性能與石墨質量分數為18%的鎂碳磚相近,熱導率卻很低。我國的浙江自立股份有限公司立與武科大聯合開發的低碳鎂碳磚系列產品也在寶鋼、武鋼等鋼廠鋼包的渣線與包壁得到應用。此外,冶煉低碳、超低碳鋼種的鋼廠和鑄造廠也都在使用低碳鎂碳磚,比如酒鋼、太鋼、首鋼、首鋼京唐、二重等都有應用。
一般來講,冶煉普通不銹鋼時,使用含碳量為6%的低碳鎂碳磚;冶煉439#、444#超低碳不銹鋼時,使用含碳量為 4%的低碳鎂碳磚。用低碳鎂碳磚鋼包替代鎂鉻磚鋼包冶煉不銹鋼,不僅大幅度提高了鋼包的使用壽命,降低不銹鋼的生產成本,同時還能解決鎂鉻磚中六價鉻的環保問題,防止污染環境。
盡管低碳鎂碳磚具備一定優點,但因為引入碳源的原材料價格高,成本不菲,使得低碳鎂碳磚的價格超高。不過,在普碳鋼市場一路低迷的形勢下,鋼鐵企業開始轉向生產有競爭優勢、高端的純凈鋼或超低碳鋼,屆時,低碳鎂碳磚的市場份額可能會有所提高,并且在未來無碳尖晶石磚的日趨成熟,更受市場親賴。